Література: Бойко, с.14-16, 22-23; Мілих, с.553-555.

Література:		Бойко В.І., Гуржій А.М.Основи технічної електроніки, 2007
		Бойко В.І., Гуржій А.М., Жуйков В.Я. Основи схемотехніки електронних систем, 2004
		Гуржій А.М.,Самсонов В.В., Поворознюк Н.І. Імпульсна та цифрова техніка, 2005
		Джонс М.Х. Електроніка-Практичний курс, 2006
		Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, 2002
		Колонтоєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка, 2003
Самостійно	год.	Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы, Справочник, 1990 Пасивні та активні компоненти підсилювачів. Характеристики

__________________________________________________________________________________________________

Мета: повинні знати структуру підсилювача, складові, класифікацію; знати основні показники підсилювачів. Рефлексія: що ви повинні вивчити в даній лекції?

Схемотехніка належить до спеціальних дисциплін спеціальності.

Мета дисципліни – ознайомлення зі структурою та принципами роботи найбільш поширених цифрових і аналогових схем, умовами експлуатації та режимами роботи схем, аналіз роботи роботи різних класів пристроїв аналогової та цифрової техніки.

Задача курсу -навчити студентів:

- розуміти принцип дії складових вузлів пристроїв схемотехніки та аналізувати їх роботу;

- обгрунтовувати вибір пристроїв на базі вузлів аналогових та цифрових схем;

- користуванню методикою розрахунку параметрів на базі вузлів аналогових та цифрових схем;

- мінімізувати логічні функції;

- реалізувати комбінаційні логічні схеми у базисах логічних елементів;

- знати ІМС цифрових комбінаційних та послідовнісних пристроїв та вміти їх застосовувати.

За способом формування і передаван­ня сигналів керування електронні системи поділяють на два класи: аналогові (безперервні) й дискретні (переривчасті), які, у свою чергу, поділяють на імпульсні, релейні та цифрові.

Аналогові електронні пристрої і системи призначені для приймання, перетворення та передавання електричного сиг­налу, який змінюється за законом безперервної (аналогової) функції. Дискретні електронні пристрої призначені для приймання, перетворення та передавання Підсилювачі класифікуються за ознаками:

1) призначенням;

2) характером сигналів підсилення;

3) смугою частот підсилення;

4) типом підсилювального елемента;

5) за конструкцією.

За призначенням розрізняють:

а) підсилювачі напруги - R_дж «R_вх; R_вих «R_н - великі зміни напруги на навантаженні забезпечуються при незначних змінах вхідного та вихідного струмів.(якщо вхідний струм малий, то вхідний опір великий);

б) підсилювачі струму - R_дж » R_вх; R_вих » R_н і протікання струму необхідної величини у вхідному колі відбувається за малих значень напруги у вхідному та вихідному колах;

в) підсилювачі потужності - R_дж = R_вх; R_вих = R_н,(узгоджений режим) за рахунок чого забезпечується максимальна потужність як у вхідному, так і у вихідному колах.

За призначенням підсилювачі діляться на:

1) трансляції; 2) мікрофонні; 3) телевізійні; 4) вимірники; 5) лінійні; 6) диференціальні і т.д.

За характером сигналів підсилення бувають:

а) підсилювачі гармонійних сигналів. Ці пристрої забезпечують підсилення неперервних гармонійних, синусоїдальних сигналів;

б) підсилювачі імпульсних сигналів. Ці пристрої забезпечують підсилення імпульсних сигналів заданої форми.

За смугою частот підсилення розрізняють:

1) підсилювачі постійного струму, діапазон частот підсилення Δf = 0… f_в (f_в – верхня гранична частота підсилення);

2) підсилювачі змінного струму, діапазоном частот Δf = f_н ^… f_в (f_н – нижня гранична частота підсилення >0).

Підсилювачі змінного струму, у свою чергу, поділяють на:

1) підсилювачі звукових частот (ПЗЧ) (від 20-200 Гц до 10-20 кГц)-використовуються для підсилення звукових коливань в радіоприймачах та радиопередавачах, в магнітофонах і програвачах, в апаратурі трансляції.

2) підсилювачі високої частоти ПВЧ – (від 20 кГц до 100 МГц); вибіркові підсилювачі, для них характерно співвідношення f_в / f_н =1; застосовуються у високочастотних трактах радіоприймачів і передавачів.

3) широкосмугові (відеопідсилювачі), діапазон частот від 50 Гц до 6 МГц – відеопідсилювачі телевізійних сигналів, підсилювачі імпульсних сигналів, підсилювачі радіолокаційних сигналів, звичайно підсилювачі з f_в > 100 кГц називають широкосмуговими.

4) Підсилювачі інфранизьких частот, забезпечують підсилення коливань з частотами долі герца.

За типом підсилювального елемента розрізняють:

1) лампові; 2) транзисторні; 3) діодні; 4) параметричні; 5) магнітні; 6) квантові.

За конструкцією підсилювачі діляться на дві великі групи:

1) підсилювачі, виконані за допомогою дискретної технології (навісний або печатний монтаж);

2) підсилювачі, виконані за допомогою інтегральної мікросхемотехніки.

Найпростіший вузол, що забезпечує підсилення електричного сигналу, називається підсилювальним каскадом.

При вимірюванні електричних або неелектричних величин, прийомі радіосигналів, контролі та автоматизації технологічних процесів, виникає необхідність у підсиленні електричних сигналів до необхідного рівня.

Підсилювачем називається пристрій, призначений для підсилення потужності вхідного електричного сигналу без істотного спотворення його форми за рахунок значно більшої потужності джерела живлення.

Підсилення відбувається за допомогою активних елементів (транзисторів БТ і ПТ) за рахунок споживання енергії від джерела живлення.

У будь-якому підсилювачі вхідний сигнал управляє передачею енергії джерела живлення в навантаження.

 

 

Принцип дії підсилювального каскаду зручно пояснити за допомогою схеми, приведеної на рис.1. Основою підсилювача є два елементи: резистор R і керований активний елемент АЕ транзистор, опір якого змінюється під дією вхідного сигналу U. За рахунок зміни опору АЕ змінюється струм, що протікає від джерела живлення з напругою Е_К в ланцюзі резистора R і АЕ.

В результаті мінятимуться падіння напруги на резисторі, а отже, і вихідна напруга U_вих. Отже процес підсилення заснований на перетворенні енергії джерела живлення Е_К в енергію вихідної напруги.

Розглянемо структурну схему підсилення електричних сигналів (рис.3.1.).

Підсилювач представлений як активний чотириполюсник. Пристрій, що є споживачем і до якого прикладена вихідна напруга U_вих називають навантаженням (R_Н), а ланка підсилювача, до якої він підключається, - вихідним колом (затискачі 3,4).

 

 

Потоком енергії від джерела живлення (ДЖ) до навантаження (R_Н) керує вхідний сигнал, який поданий вхідною напругою U_вх. Ця напруга залежить від величини джерела електрорухомої сили (ЕРС) Е _вх. його внутрішнього опору R_вн і вхідного опору підсилювача R_вх. Сигнал, який треба підсилити, називають вхідним, а ланку підсилювача, до якого він підключається, - вхідним колом підсилювача (затискачі 1,2). Часто затискачі 2 і 4 мають однаковий потенціал, і їх називають спільною шиною (масою) підсилювача.

Вхідний сигнал від керуючого джерела енергії е_дж (джерела вхідного сигналу) подається на вхідні клеми (1) – (2) підсилювача через внутрішній опір джерела R_дж. Потужність джерела вхідного сигналу виділяється на вхідному опорі підсилювача R_вх. Навантаження підмикається до клем (3) – (4). Вхідний малопотужний сигнал керує енергію, що подається в навантаження від джерела живлення значно більшої потужності (підсилювальні властивості вихідного кола представлені за допомогою додаткової електрорушійної сили – е_вих). Таким чином, завдяки використанню ПЕ і зовнішнього джерела живлення стає можливим підсилення малопотужного вхідного сигналу.

 

Підсилювальні властивості підсилювача оцінюються такими параметрами:

1) коефіцієнт підсилення -

- за напругою К_u = U_вих /U_вх;

- за струмом К_і = І_вих /І_вх;

- за потужністю К_Р = Р_вих /Р_вх;

У загальному випадку величини К_u та К_і є комплексними (залежні від частоти сигналу, що обумовлене наявністю в ланцюгах підсилювача реактивних елементів).

Величина К_Р = К_U К_I – завжди дійсне число.

У багатьох випадках коефіцієнт підсилення представляють у логарифмічних одиницях – децибелах (дБ):

К_U (дБ)=20[ lg К_U]; К_I (дБ)=20[ lg К_I]; К_P (дБ)=10[ lg К_P];

2) вхідний опір за постійним або змінним (залежно від виду підсилювача) струмом

R_вх= U_вх/I_вх;

3) вихідний опір підсилювача R_вих ( опір між вихідними клемами підсилювача за вимкненого опору навантаження);

4) коефіцієнт корисної дії (к.к.д.). Цей показник важливо враховувати для підсилювачів середньої і великої потужності, оскільки він дозволяє оцінити їх економічність.

η = (Р_вих /Р₀)∙100%, де Р₀ – путужність, що споживається від джерела живлення.

5) номінальна вхідна напруга (чутливість) – це напруга, яку потрібно підвести до входу підсилювача, щоб одержати на виході задану потужність. Вхідна напруга залежить від типу джерела підсилюваних коливань. Чим менше величина вхідної напруги, що забезпечує необхідну вихідну потужність, тим вища чутливість підсилювача.

6) Вихідна потужність - Номінальна вихідна потужність - Потужність корисного сигналу на виході підсилювача при роботі на розрахункове навантаження і заданому коефіцієнті гармонік або нелінійних спотворень, тобто.максімальная потужність, при якій не перевищується заданий рівень спотворень.